(57)【要約】【課題】実機の操縦フィーリングを忠実に再現可能なシミュレータ用の操縦装置、及びフライトシミュレータを提供する。【解決手段】操縦者が操作する操縦部３と、シリンダ部５への供給油量を変えることによって操縦部３に付与する操縦負荷の大きさを変更する油圧回路２と、シミュレーション上の速度信号に応じて供給油量を変更するサーボモータ７１と、を備え、油圧回路２は、シミュレーション対象の実機に搭載される油圧回路とする。【選択図】図１
2006017992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物の操縦を模擬するシミュレータ用の操縦装置であって、
操縦者が操作する操縦部と、
上記操縦部に結合された負荷発生部を含みかつ、該負荷発生部への供給油量を変えることによって上記操縦部に付与する操縦負荷の大きさを変更する油圧回路と、
シミュレーション上の速度信号に応じて上記供給油量を変更するアクチュエータと、を備え、
上記油圧回路は、シミュレーション対象の実機に搭載される油圧回路である操縦装置。
【請求項２】
請求項１に記載の操縦装置において、
上記シミュレーション対象の実機は航空機であり、
上記油圧回路は、
スプールの移動に応じて上記供給油量を変更するコントロールバルブ部と、
上記スプールにその一端が連結されかつ、上記実機に搭載された状態においては動圧に応じて動くダイヤフラムにその他端が連結されるプッシュロッドと、をさらに含み、
上記アクチュエータは、上記速度信号に応じた駆動信号を受けて上記プッシュロッドを移動させるサーボモータである操縦装置。
【請求項３】
請求項２に記載の操縦装置を備えたフライトシミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレータ用の操縦装置、及びその操縦装置を備えたフライトシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の操縦システムには、操縦部（操縦桿、操縦輪、ペダルを含む）に加えられた操縦力によって直接、各操縦舵面を操舵する手動操縦システムと、油圧等によって各操縦舵面を操舵する動力操縦システムとがある。手動操縦システムでは操縦舵面に加わる力（空気力）が操縦反力となるため、舵面の角度及び機速に応じて操縦力が重くなるが、動力操縦システムでは空気力が操縦部に伝わらないため、パイロットは操舵感覚が得られず、それによってオーバーコントロールとなる場合が多い。そこで、動力操縦システムには、操縦部に人工的な操縦負荷を与えるＱフィール装置（操縦力模擬負荷装置、人工感覚装置ともいう）が組み込まれている。
【０００３】
このＱフィール装置は、油圧によって操縦部に操縦負荷を付与する装置であり、操縦部に結合された油圧シリンダへの供給油量を調整することによって上記操縦負荷を変更する油圧回路を備えている。つまり、この油圧回路はスプール型のコントロールバルブ部を含んでいて、機体に作用する動圧に応じてダイヤフラムを動かし、そのダイヤフラムの動きをスプールに伝達することによって上記供給油量を変更し、それによって動圧の高いとき（換言すれば、機速の高いとき）に操縦負荷を高めるようにしている。
【０００４】
一方、上記航空機の操縦訓練用等に用いられるフライトシミュレータにおいても、その操縦部に操縦反力が加わらないため、Ｑフィール装置が組み込まれる。
【０００５】
このフライトシミュレータ用のＱフィール装置には種々の方式が採用されており、例えば、油圧式のＱフィール装置（特許文献１参照）、電動モータ式のＱフィール装置（特許文献２参照）、及びバネ式のＱフィール装置（特許文献３参照）が知られている。
【特許文献１】特開平５−１１６８５号公報
【特許文献２】特許第２７７９３７０号公報
【特許文献３】特開昭６４−１７５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フライトシミュレータ用のＱフィール装置は、その汎用性を高めるべく、実機のＱフィール装置とは異なる構造とし、ソフトウエア上でチューニングを行うことによって、シミュレーション対象機の操縦負荷特性（機速に対する操縦負荷特性）に一致するようにしている。
【０００７】
しかしながら、実機と同じ操縦負荷特性を実現するには、そのチューニングに多大な時間と労力が必要であり、その結果、コストの増大を招くことになる。
【０００８】
また、そうして多大な時間と労力をかけてチューニングを行うことによって、フライトシミュレータ用のＱフィール装置において実機の操縦負荷特性を再現したとしても、フライトシミュレータを操縦するパイロットは違和感を感じることがあり、パイロットからは、フライトシミュレータの操縦フィーリングを、実機の操縦フィーリングに一致させて欲しいとの強い要求がある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、実機の操縦フィーリングを忠実に再現可能なシミュレータ用の操縦装置、及びフライトシミュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
フライトシミュレータの操縦フィーリングが、実機の操縦フィーリングに一致しない原因が、油圧回路におけるフリクション等の、実機に搭載される操縦装置のハード特性にある点に着目し、本発明は、実機の油圧回路そのものをシミュレータに適用することとしたものである。
【００１１】
しかしながら、実機の油圧回路は、その飛行によって得られる動圧変化に応じて供給油量、ひいては操縦負荷をを変更しているため、実機の油圧回路をそのままシミュレータに適用させても操縦負荷特性を実現することができない。
【００１２】
そこで、本発明は、シミュレーション上の速度信号に応じて、上記油圧回路における供給油量を変更するアクチュエータを設けることとした。
【００１３】
具体的に本発明の操縦装置は、乗物の操縦を模擬するシミュレータ用の操縦装置である。
【００１４】
この操縦装置は、操縦者が操作する操縦部と、上記操縦部に結合された負荷発生部を含みかつ、該負荷発生部への供給油量を変えることによって上記操縦部に付与する操縦負荷の大きさを変更する油圧回路と、シミュレーション上の速度信号に応じて上記供給油量を変更するアクチュエータと、を備える。そして、上記油圧回路は、シミュレーション対象の実機に搭載される油圧回路とする。
【００１５】
この構成によると、アクチュエータは、シミュレーション上で演算される速度信号に応じて操縦部に結合された負荷発生部への供給油量を変更することにより、シミュレーション上の速度（機速）に応じた操縦負荷が操縦部に付与される。これにより、実機の操縦負荷特性を再現することができる。
【００１６】
そして、上記油圧回路は、シミュレーション対象の実機に搭載されるものであるから、フリクション等を含めたハード特性は実機とシミュレータとで互いに一致する。その結果、シミュレータの操縦フィーリングが、実機の操縦フィーリングに一致することになり、操縦者の違和感が無くなる。また、実機の操縦負荷特性に合わせてアクチュエータを駆動させるだけで、シミュレータの操縦フィーリングが、実機の操縦フィーリングに一致するため、チューニングに要する時間と労力が軽減し、製造コストの低下も実現する。
【００１７】
ここで、上記シミュレーション対象の実機を航空機として、上記油圧回路は、スプールの移動に応じて上記供給油量を変更するコントロールバルブ部と、上記スプールにその一端が連結されかつ、上記実機に搭載された状態においては動圧に応じて動くダイヤフラムにその他端が連結されるプッシュロッドと、をさらに含み、上記アクチュエータは、上記速度信号に応じた駆動信号を受けて上記プッシュロッドを移動させるサーボモータである、としてもよい。
【００１８】
上記油圧回路は、実機に搭載された状態においては、動圧に応じてダイヤフラムが動き、それによってプッシュロッドを介してスプールが移動をする。その結果、コントロールバルブ部によって供給油量が調整され、動圧（機速）に応じた操縦負荷が操縦部に付与される。
【００１９】
この油圧回路をシミュレータに適用させる場合に加圧ポンプ（例えば空気圧ポンプ）によって動圧変化を模擬することによって、操縦負荷特性を再現することが考えられる。ところがこの場合は、ポンプを常時運転しなければならない上に、ポンプを制御する制御手段がさらに必要となってしまう。
【００２０】
そこで、上記アクチュエータを、上記速度信号に応じた駆動信号を受けて上記プッシュロッドを移動させるサーボモータとする。こうすることで、シミュレーション上で演算された速度信号に応じてサーボモータがプッシュロッドを移動させることになり、実機と同様に、コントロールバルブ部によって供給油量が調整され、シミュレーション上の機速に応じた操縦負荷が操縦部に付与される。
【００２１】
こうして動圧が存在しないシミュレータにおいても、機速に応じた操縦負荷が操縦部に付与されると共に、加圧ポンプによって動圧を模擬する場合と比べて、シミュレータの構成を簡素化することができる。
【００２２】
本発明のフライトシミュレータは、上記の操縦装置を備えたフライトシミュレータであり、このフライトシミュレータは、上述したように、実機に搭載される油圧回路を備えていることによって、実機と同じ操縦フィーリングが実現する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、実機に搭載される油圧回路を備えてシミュレータ用の操縦装置を構成することによって、フリクション等のハード特性が実機とシミュレータとの間で互いに同じになり、操縦フィーリングを実機のフィーリングに一致させることができる。その結果、実機に対応した訓練用シミュレータ及びその操縦装置として、特に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係るフライトシミュレータ用の操縦装置を示しており、この操縦装置は、操縦部に操縦負荷を付与するＱフィール装置１を備えている。このＱフィール装置１を構成する油圧回路２は、当該フライトシミュレータの対象機に搭載されたＱフィール装置の油圧回路と同じである。そこで、フライトシミュレータ用の操縦装置について説明する前に、図２を参照しながら、実機に搭載される操縦装置（Ｑフィール装置）について説明する。
【００２６】
図２において、３は操縦部（操縦桿や操縦輪）であり、この操縦部３は、その中間部が枢支されて揺動可能とされている。パイロットがこの操縦部３を操作することによって、図示省略の操縦舵面が操舵される。
【００２７】
上記油圧回路２は、コントロールバルブ部４とシリンダ部５とを含み、このコントロールバルブ部４とシリンダ部５とは、コントロール圧力ライン２１及びリターン圧力ライン２２を介して互いに接続されている。つまり、上記コントロール圧力ライン２１は、その上流端が上記コントロールバルブ部４の供給ポート４１に接続され、その下流端が上記シリンダ部５の供給ポート５１に接続されている。上記リターン圧力ライン２２は、その上流端が上記シリンダ部５のリターンポート５２に接続され、その下流端が上記コントロールバルブ部４のリターンポート４２に接続されている。
【００２８】
上記シリンダ部５のピストンロッド５３は、上記操縦部３の下端にリンク結合されていると共に、上記シリンダ部５の供給ポート５１は、ピストン５４の右側である右室に連通されかつ、そのリターンポート５２は、ピストン５４の左側である左室に連通されており、これにより、上記シリンダ部５は、供給油量に応じて操縦部３に付与する負荷を発生するようになっている。
【００２９】
また、上記コントロール圧力ライン２１は、その供給ポート５１の接続端近傍で分岐していて、その分岐した端部はブリードポート５６に接続されている。さらに、上記ピストンロッド５３と、このロッド５３を摺動可能に支持するロッドカバー５５との間には油路５７が設けられており、この油路５７とリターン圧力ライン２２とを連通する連通路５８が設けられている。
【００３０】
上記コントロールバルブ部４は、その内部にスプール４６が上下方向に移動可能に配設されたスプール型であって、上記コントロール圧力ライン２１が接続される供給ポート４１、上記リターン圧力ライン２２が接続されるリターンポート４２、並びに供給圧力ポート４３及びブリードポート４４と、を備えている。
【００３１】
上記供給圧力ポート４３には、図示は省略する圧力ポンプ（例えば油圧ポンプ）が接続されており、この圧力ポンプによって、図示省略のオイルタンクの作動油がコントロールバルブ部４に供給される。また、上記ブリードポート４４は上記オイルタンクに接続されている。
【００３２】
リターン圧力が供給される上記リターン圧力ライン２２は、そのリターンポート４２の接続部近傍で分岐していて、その分岐端はコントロールバルブ部４のパイロットポート４５に接続されている。
【００３３】
上記スプール４６は、上下方向に延びて配設されている。このスプール４６の上側にはセンタリングスプリング４７が配設されて、スプール４６の上端面に当接している一方、その下側には、上下方向に作動するプッシュロッド４８が配設されている。
【００３４】
上記プッシュロッド４８は、その上端部が上記スプール４６の下端面に当接してセーフティバルブを構成する一方、その下端は上記コントロールバルブ部４の下方に配置されたダイヤフラム部６まで延びている。
【００３５】
上記ダイヤフラム部６は、第１ダイヤフラム６１と第２ダイヤフラム６２とを備えており、この第１及び第２ダイヤフラム６１，６２が上下方向に並列に配設された２段型とされている。
【００３６】
この各ダイヤフラム６１，６２は、その中央部が連結棒６３によって互いに連結されており、連結棒６３は、上記プッシュロッド４８の下端に当接している。
【００３７】
また、上記ダイヤフラム部６には、全圧ポート６４と静圧ポート６５とが設けられており、図示は省略するが、全圧ポート６４は機体の前部に取り付けられた全圧管に、静圧ポート６５は機体の側部に取り付けられた静圧管に、それぞれ接続されている。そうして、各ダイヤフラム６１，６２の上側空間は上記静圧ポート６５に接続され、その下側空間は上記全圧ポート６４に接続されている。これによって全圧が高まれば、換言すれば機速が高まれば、上記各ダイヤフラム６１，６２が上向きに凸となって、上記プッシュロッド４８が上方に押し上げられることになる。
【００３８】
以上が、実機におけるＱフィール装置の構成であるが、この構成によって、上述したように、機速が高まって上記プッシュロッド４８が上方に押し上げられたときには、コントロール圧力ライン２１を介してシリンダ部５に供給される油量が増大し、それによって上記操縦部３に操縦負荷が付与される。その結果、機速が高いときには操縦反力が増大することになる。
【００３９】
図３は、動圧と、コントロール圧力と、プッシュロッド４８のストロークとの関係を示しており、動圧に対して、コントロール圧力及びプッシュロッドのストロークは一次の関係を有している。従って、機速に対して、コントロール圧力及びプッシュロッドのストロークは、二次の関係を有することになる。
【００４０】
次に、フライトシミュレータ用のＱフィール装置１について、図１を参照しながら説明する。この装置は、図２と比較して明らかなように油圧回路２の構成が同じである。つまり、フライトシミュレータ用のＱフィール装置１は、実機に搭載される油圧回路２を流用している。尚、図１において、図２の油圧回路を構成する部材と同じ部材については同一の符号を付す。
【００４１】
上記実機のＱフィール装置には、上記コントロールバルブ部４の下方にダイヤフラム部６が設けられており、動圧に応じて各ダイヤフラム６１，６２を動かすことによって、スプール４６を移動させていたが、フライトシミュレータでは静圧及び全圧が得られないことから、ダイヤフラム部６を設けてもスプール４６を動かすことができない。そこで、上記フライトシミュレータ用のＱフィール装置１では、上記ダイヤフラム部に代えて電動アクチュエータ部７を設けている。
【００４２】
この電動アクチュエータ部７は、直動型サーボモータ７１を備えており、このサーボモータ７１は上記プッシュロッド４８の下端に連結されている。また、上記サーボモータ７１に対して駆動信号を供給する電動サーボアンプ７２を備えており、この電動サーボアンプ７２は、シミュレーション上で演算される速度信号を受けて、その速度信号に応じた駆動信号を上記サーボモータ７１に供給する。この速度信号と駆動信号との関係は、図３に示す実機における動圧（機速）とプッシュロッド４８のストロークとの関係に基づいて、予め設定すればよい。
【００４３】
この構成により、上記フライトシミュレータのＱフィール装置１では、上記サーボモータ７１を駆動させることによって、プッシュロッド４８を介してスプール４６が上下動し、それによってシリンダ部５に供給される油量が変更されて、操縦部３に付与される操縦負荷が変更することになる。
【００４４】
このフライトシミュレータの操縦装置は、その油圧回路２が、シミュレーション対象の実機に搭載されるものであるから、フリクション等を含めたハード特性は実機とシミュレータとで互いに一致する。このため、実機の操縦負荷特性に合わせてサーボモータ７１を駆動させることによって、シミュレータの操縦フィーリングが、実機の操縦フィーリングに一致することになる。その結果、操縦者の違和感が無くなると共に、チューニングに要する時間と労力が軽減し、製造コストの低下も実現する。しかも、油圧回路２に含まれるコントロールバルブ部４のスプール４６を、サーボモータ７１によって上下動させるため、シミュレータの構成を簡素化することができる。
【００４５】
（他の実施形態）
上記実施形態では、フライトシミュレータの操縦桿や操縦輪におけるＱフィール装置を対象としているが、ペダルのＱフィール装置も上記と同様に実機品を用いて構成することが可能である。
【００４６】
また、上記フライトシミュレータ用のＱフィール装置１は、実機にそのまま適用可能である。つまり、実機においても、演算された速度信号を受けてサーボモータ７１を駆動し、それによってスプール４６を移動させてもよい。
【００４７】
さらに、本発明は、フライトシミュレータに限らず、速度に応じた操縦反力が生じる各種の乗物のシミュレータ（例えばドライビングシミュレータ）にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明は、実機とシミュレータとの間で操縦フィーリングを高いレベルで一致させることができるから、訓練用シミュレータについて有用であり、操縦フィーリングに対する要求の高いフライトシミュレータについて特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係るＱフィール装置の構成を示す図である。
【図２】実機に搭載されるＱフィール装置の構成を示す図１対応図である。
【図３】動圧と、コントロール圧力及びプッシュロッドのストロークとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    Ｑフィール装置
２    油圧回路
３    操縦部
４    コントロールバルブ部
４６  スプール
６１，６２  ダイヤフラム
７１  サーボモータ
【図１】
2006017992.tif 000003
【図２】
2006017992.tif 000004
【図３】
2006017992.tif 000005